Материал: 751

4.Существование зоны молчания, упоминавшейся ранее в подразд. 5.3. Она представляет собой кольцевую область около передающей антенны. В зоне молчания прием радиоволн с данной аппаратурой невозможен. Внутренняя граница зоны молчания определяется напряженностью поля земной волны, достаточной для радиоприема. Очевидно, что положение этой границы зависит от мощности передатчика, чувствительности приемника, параметров антенн и т.п. Внешняя граница зоны молчания определяется из условия, что рабочая частота является МПЧ для данного расстояния.

Земные волны в зоне молчания слишком слабы из-за поглощения в Земле, а ионосферные отражаются под большими углами падения и поэтому попадают на Землю за зоной молча- ния. Очевидно, что в течение суток внешняя граница зоны молчания передвигается, а внутренняя неподвижна.

5.Замирания сигнала на коротких волнах в основном объясняются интерференцией нескольких волн, приходящих в точ- ку приема (см. подразд. 6.1). Это могут быть волны, претерпевшие разное число отражений от ионосферы, либо обыкновенная

èнеобыкновенная волны (см. подразд. 5.6), либо и то и другое. Кроме интерференционных, наблюдаются еще поляризационные замирания, связанные с поворотом плоскости поляризации при прохождении через ионосферу (эффект Фарадея).

Для борьбы с замираниями на КВ-линиях связи обычно применяют прием на несколько разнесенных в пространстве антенн. Расстояние между антеннами выбирается так, чтобы замирания сигналов слабо коррелировали между собой. На практике для этого достаточно разнести антенны на 10 . Выигрыш за счет разнесенного приема даже двух антенн может достигать 10 и более децибел [4].

6.Влияние ионосферных возмущений. В ионосфере кроме регулярных (суточных, сезонных) изменений часто наблюдаются возмущения, во время которых электронная концентрация слоя F значительно изменяется. В основном ионосферные возмущения вызываются потоками заряженных частиц — корпускул, испускаемых Солнцем во время солнечных вспышек. Потоки корпускул, попадая в магнитное поле Земли, двигаются вдоль магнитных силовых линий и концентрируются в приполярных областях, вызывая полярные сияния, магнитные бури

1366. Диапазонные особенности распространения радиоволн

èнарушения связи на коротких волнах. Для борьбы с такими нарушениями связи приходится переходить на более низкие частоты, увеличивать мощности передатчиков или использовать линии связи, проходящие в более южных широтах.

7.Расчет коротковолновых линий связи в основном сводится к составлению графика рабочих частот (волнового расписания) и расчету напряженности поля в точке приема. График рабочих частот строится на основе зависимости МПЧ от времени суток. Для определения МПЧ существуют приближенные методы, описанные в литературе [1, 3, 4, 12]. Для построения графика рабочих частот на основе данных ионосферных станций Земли составляются официальные прогнозы максимально применимых частот [14].

Расчет напряженности поля производится по методу А.Н. Казанцева на основе графиков для затухания волн в ионосферных слоях. Подробнее с этим методом можно ознакомиться по литературе [1, 3, 4, 12].

Короткие волны применяются в основном для радиовещания. Преимущество коротковолновых линий связи — способность распространяться на большие расстояния, испытывая слабое поглощение в Земле и ионосфере.

6.4. Распространение ультракоротких волн

Радиоволны с длиной волны короче 10 м (частота свыше 30 Мгц) относятся к УКВ-диапазону. Снизу по частоте УКВдиапазон ограничен KB-диапазоном, сверху — инфракрасными волнами. Обычно УКВ-радиолинии действуют в пределах прямой видимости, поскольку ионосфера для УКВ-диапазона прозрачна. Это является основным недостатком УКВ и в то же время их достоинством, когда нужно избавиться от взаимных помех УКВ-станций. Несомненно, ценным свойством ультракоротких волн является большой частотный диапазон, позволяющий обмениваться значительными объемами информации. Так, для метровых и дециметровых волн диапазон частот составляет около 3000 Мгц. Если принять для одного ТВканала полосу частот 10 МГц (на практике 8 МГЦ), то это позволяет разместить в данных диапазонах 297 телевизионных

каналов. Для сравнения, во всем КВ-диапазоне разместятся три телевизионных канала, а на средних —ни одного.

Постоянная тенденция радиотехники — переход на все более высокие частоты — приобретает особое значение в связи с развитием спутниковой и мобильной связи, развитием сети Интернет и пр. Поэтому рассмотрим особенности распространения УКВ более подробно, чем других диапазонов.

6.4.1.Распространение УКВ

âпределах прямой видимости

Êлиниям связи этого типа относятся:

1)телевизионное и УКВ-вещание;

2)радиорелейные линии связи (РРЛ) и радиолокационные станции (РЛС);

3)связь с искусственными спутниками Земли (ИСЗ) и другими космическими объектами;

4)различные виды мобильной связи.

Вопросы распространения радиоволн для этих линий связи являются во многом общими, хотя и имеют некоторые особенности. Рассмотрим их подробнее.

Телевизионное и УКВ-вещание. Поскольку телевизионные антенны, как правило, слабонаправленные, то отражение от Земли формирует диаграмму направленности в вертикальной плоскости. Для увеличения дальности вещания антенны передат- чика и при¸мника поднимают над земной поверхностью — это увеличивает расстояние прямой видимости и прижимает нижний лепесток ДН антенн к Земле.

Если поверхность Земли является достаточно гладкой, то для расч¸та радиолинии применяют интерференционную формулу и, в частности, формулу Введенского. Для оценки неровности земной поверхности используется критерий Рэлея. Эти вопросы рассмотрены в разд. 2 данного пособия.

Влияние тропосферы учитывается введением эквивалентного радиуса Земли для нормальной тропосферы. Поглощением в тропосфере для метровых и дециметровых волн можно пренебречь. Распространение волн этих диапазонов в условиях города, конечно, имеет свои особенности, связанные с экранирующим действием зданий. По имеющимся в литературе

[15] данным измерение напряженности поля в Москве на уровне улиц на частоте 49,75 МГЦ дало дополнительное ослабление 6 дБ, а на частоте 200 МГц — 10 дБ. Внутри зданий дополнительное ослабление увеличивается по мере перехода с верхних этажей на нижние. Так, на седьмом этаже поле может составлять от 6 до 40 % от напряженности поля на крыше, а на первом от 3 до 7 %. Большой разброс этих значений объясняется интерференцией прямой волны и волн, отраженных от стен и других предметов.

Работа РРЛ и РЛС. Расстояние между соседними станциями РРЛ (30–50 км) и высоты антенн (до 100 м) выбираются так, чтобы антенны находились в пределах прямой видимости,

àобласть пространства, существенная для распространения радиоволн, была свободна от местных предметов. При этом влиянием Земли можно пренебречь. Диапазон применяемых частот ограничен сверху поглощением в тропосфере (10–15 ÃÃö),

àснизу — снижением усиления антенн и полосой частот для передачи необходимой информации (200–300 МГц). Тропосфера учитывается, как и в предыдущем случае, введением эквивалентного радиуса Земли для нормальной тропосферы. Нестационарные процессы в тропосфере являются причиной замираний на РРЛ. К таким процессам относятся:

а) ослабление в осадках (гидрометеорах) на частотах выше 6–7 ГГц;

б) изменение скорости убывания показателя преломления с высотой, что приводит к изменению траектории радиоволн;

в) отражения от слоистых неоднородностей в тропосфере с последующей интерференцией с прямой волной.

Âрадиолокации тропосфера и ионосфера являются источ- ником ошибок при определении координат цели радиолокационными станциями. Подробный анализ таких ошибок приведен в [16]. При углах места цели, больших 5°, рефракция радиоволн приводит к следующим систематическим ошибкам в определении угловых координат и дальности до цели:

ãäå 0 — начальный угол места в направлении на цель; N — индекс преломления тропосферы у поверхности Земли. В формулах (6.2) измеряется в микрорадианах (1 мкрад 5,73∙10–5 градуса 3,44∙10–3 угловых минут), r — в метрах.

Например, при 10° и N 313 (нормальная тропосфера)6,1 (угловых минут), r 12,6 ì.

В целом, максимальные ошибки по углу места не превосходят 1°, а по дальности — 100 м. Флуктуации показателя преломления тропосферы приводят к случайным ошибкам в определении координат цели. Ионосфера влияет на работу РЛС, если цель находится на высотах, превышающих 100 км, причем влияние уменьшается с ростом частоты согласно формуле (5.16). Графики, приведенные в [16], показывают, что систематические ошибки по дальности, вызванные рефракцией в ионосфере на частоте 10 ГГц, не превышают 0,1 м при высоте цели 180 км, а по угловым координатам 0,1 мрад, т.е. 0,34 угловых минуты.

Связь со спутниками и другими космическими объектами.

Очевидно, что радиосвязь с искусственным спутником Земли (ИСЗ) или другим космическим объектом, находящимся выше ионосферных слоев, возможна только в диапазоне УКВ, проникающих через ионосферу. Как правило, для этих целей используют остронаправленные антенны, и влиянием Земли можно пренебречь. Земля в этих случаях является источником тепловых шумов, которые рассматриваются далее в разд. 7. Верхние применяемые частоты ограничиваются поглощением в тропосфере, а нижние — поглощением в ионосфере, которое на этих частотах обратно пропорционально квадрату частоты (см. формулу (5.13)).

Суммарные потери в тропосфере и ионосфере минимальны в окне прозрачности от 0,1 до 6 ГГц, поглощение в котором не превышает одного децибела [13]. На практике обычно используют частоты от 1 до 10 ГГц.

Кроме поглощения, тропосфера и ионосфера создают следующие проблемы.

1. Рефракция радиоволн в тропосфере и ионосфере искривляет траекторию радиоволн. Это приводит к ошибкам в определении положения ИСЗ. Радиусы кривизны луча в тропосфере и ионосфере зависят от угла падения как 1/sin . Поэтому ошибка в определении угловых координат максимальна для пологих трасс и может составлять для тропосферы 1–2°. Рефракция в ионосфере увеличивается с уменьшением частоты и учитывается при частотах f 400 МГц. Ошибка из-за рефракции в ионосфере в определении положения ИСЗ может